JP2015021745A - ストローク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度を低下させることなく、より小型化が可能なストローク検出装置を得ること。
【解決手段】本発明のストローク検出装置４は、移動部材１１に設けられる３つの磁性体３１、３２、３３と、移動部材１１の移動により順次各磁性体３１、３２、３３に対向する位置に配置されて各磁性体３１、３２、３３の磁束密度を検出する磁束密度検出手段５１Ａ、５１Ｂとを有しており、第１磁性体３１と第２磁性体３２と第３磁性体３３は、移動方向１１に直交する方向に磁極が分かれて配置され、第１磁性体３１と第２磁性体３２は磁極の向きが互いに反対に配置され、第２磁性体３２と第３磁性体３３は磁極の向きが互いに同じに配置され、第２磁性体３２と第３磁性体３３との離間距離が第１磁性体３１と第２磁性体３２との離間距離よりも小さいことを特徴としている。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば車両のブレーキペダルのペダルストロークなどを検出するストローク検出装置に関する。

従来から、車両のブレーキペダルのペダルストロークや、クラッチアクチュエータの直動シャフトの位置等を検出する装置の技術が種々提案されている。

特許文献１には、ストローク方向に互いに離間している第１及び第２磁束発生手段と、ストローク方向に直交する方向に離間した位置で第１及び第２磁束発生手段の磁束を検出する磁束検出手段とを有する位置検出装置の技術が示されている。

特許文献２には、被位置検出部材の直線移動方向に複数の磁性体（図５を参照）を設けて、磁界検出部により磁性体の磁力を測定することによって、比較的長い移動量の位置を検出する位置検出センサの技術が示されている。

特開２０１３−９６７２３号公報 特開２０１３−８３５１６号公報

上記したように、磁束発生手段や磁性体（以下、磁性体等）はシャフトや被位置検出部材等の移動部材に設けられて、磁束を検出する検出手段に対して相対的に移動される構造を有している。したがって、移動部材に設けられる磁性体等の大きさは、なるべく小さい方がよい。

しかしながら、磁性体等は、その大きさを小さくすると磁力も小さくなるので、検出精度が低下して、検出可能なストローク量が短くなるという課題がある。したがって、小型化が困難であり、操作対象機器のサイズが大きくなり、周辺部品のスペースに影響を及ぼしたり、搭載性が悪くなるといった問題があった。

また、移動部材が移動方向に直交する方向に変位しながら往復移動する場合には、検出手段を移動部材に接近させることができず、ある程度離間した位置に配置しなければならない。したがって、所定の検出精度を確保するためには、一定以上の磁束密度が必要であり、磁性体の小型化にも限界があるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、検出精度を低下させることなく、より小型化が可能なストローク検出装置を提供することである。

上記課題を解決する本発明のストローク検出装置は、往復移動する移動部材の位置を検出するストローク検出装置であって、前記移動部材に設けられる第１磁性体と、前記移動部材に設けられて前記第１磁性体から前記移動部材の移動方向一方側に離間した位置に配置される第２磁性体と、前記移動部材に設けられて前記第２磁性体から前記移動部材の移動方向一方側に離間した位置に配置される第３磁性体と、前記移動部材の移動方向一方側への移動により前記第１磁性体から前記第３磁性体に順次対向する位置に配置されて各磁性体の磁束密度を検出する磁束密度検出手段とを有し、前記第１磁性体と前記第２磁性体と前記第３磁性体は、それぞれ前記移動方向に直交する方向に磁極が分かれて配置され、前記第１磁性体と前記第２磁性体は磁極の向きが互いに反対に配置され、前記第２磁性体と前記第３磁性体は磁極の向きが互いに同じに配置され、前記第２磁性体と前記第３磁性体との離間距離が前記第１磁性体と前記第２磁性体との離間距離よりも小さいことを特徴としている。

本発明によれば、検出精度の高い小型のストローク検出装置を得ることができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

車両用ブレーキ装置の全体構成を説明するシステム図。 車両用ブレーキ装置の断面図。 ストローク検出装置の斜視図。 ストローク検出装置の分解斜視図。 ストローク検出装置の断面図。 ストローク検出装置の動作を説明する断面図。 ストローク検出装置の要部を拡大して示す断面図。 磁性体の構成の一例を説明する図。 磁性体の構成の一例を説明する図。 ホールＩＣチップによる磁束密度の検出方法を説明する図。 ホールＩＣチップの内部機能を説明するブロック図。 インプットロッドに取り付けられた各磁性体の磁束密度を示す図。 ストローク量と磁束密度との関係を示すグラフ。 ストローク量と磁束密度のベクトルとの関係を示すグラフ。 ストローク量とホールＩＣチップの出力電圧との関係を示すグラフ。 ストローク量と許容誤差との関係を示すグラフ。 ストローク量と直線性誤差との関係を示すグラフ。 ストローク量と２つのホールＩＣチップの出力電圧との関係を示すグラフ。 ストローク量と２つのホールＩＣチップの出力電圧との関係を示すグラフ。 ストローク検出装置の他の実施例を示す断面図。 ストローク検出装置の他の実施例を示す斜視図。 ストローク検出装置の他の実施例を示す斜視図。 ストローク検出装置の他の実施例を示す斜視図。

次に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
なお、以下の説明では、本発明のストローク検出装置を、車両用ブレーキ装置のブレーキペダルのストロークを検出する装置に適用した場合について説明するが、本実施の形態に限定されるものではなく、例えばダブルクラッチが有する往復移動シャフトの移動位置を検出する等、他のものにも適用することができる。

図１は、車両用ブレーキ装置の全体構成を説明するシステム図、図２は、車両用ブレーキ装置の断面図である。

本実施の形態におけるストローク検出装置４は、電気自動車やハイブリッド電気自動車などの車両用ブレーキ装置１に用いられている。車両用ブレーキ装置１は、モータアクチュエータ２０の駆動によりブレーキペダル（操作ペダル）８の踏力を倍力する制動アシスト装置２を備えており、ストローク検出装置４により検出したブレーキペダル８の操作量（ストローク量）および車両の走行等の状態に基づき、ブレーキ液の液圧を制御して液圧制御ユニット５に供給する。液圧制御ユニット５は、マスタシリンダ３により発生されるブレーキ液の液圧を各車輪のホイールシリンダ６に伝達し、各車輪のディスクロータ７の回転に対してそれぞれ制動力を発生させ、車両に制動力を発生させる。

車両用ブレーキ装置１のマスタシリンダ３は、いわゆるタンデム型であり、その内部にはプライマリピストン１５とセカンダリピストン１６とが収容されており、プライマリ液室２３とセカンダリ液室２４とが形成されている。マスタシリンダ３のプライマリ液室２３とセカンダリ液室２４からは略同圧のブレーキ液の液圧が出力されることで、２系統のブレーキ液の液圧が使用可能となり、安全性、信頼性が向上する。これらの２系統の液圧はそれぞれ液圧制御ユニット５に伝達される。マスタシリンダ３には、ブレーキ液を蓄えるためのリサーバタンク（図示せず）が保持されている。

制動アシスト装置２は、ケーシング１０内に入力ピストン１３とアシストピストン１４が同軸上に配置されて往復移動可能に支持されている。入力ピストン１３は、センシングロッド１２とインプットロッド１１を介してブレーキペダル８に連結されており、ブレーキペダル８の踏み込みによってマスタシリンダ３内のプライマリピストン１５を押し込む方向に移動させることができる。

インプットロッド１１は、移動方向に沿って延在する丸棒形状を有している。そして、基端がブレーキペダル８に連結されており、ブレーキペダル８の操作に応じて先端部が制動アシスト装置２内に進退するように前後方向に往復移動される。インプットロッド１１は、前後方向に往復移動される際に、ブレーキペダル８の回転成分を直動成分に変換する影響や、ブレーキペダル８のガタや取り付け軸のズレにより、上下方向や左右方向に揺動する。すなわち、インプットロッド１１は、先端を中心とした揺動を伴って前後方向に往復移動される。インプットロッド１１の先端の連結部１１ａは、凸球面形状を有しており、センシングロッド１２の基端に凹設された凹部１２ａに挿入されて、センシングロッド１２に対して揺動可能に支持されている。センシングロッド１２は、その中心軸に沿って前後方向に往復移動可能にカバー４１に支持されており、インプットロッド１１によって押し込まれることによって、プライマリピストン１５を押し込む方向に移動させる。

アシストピストン１４は、モータ２１とボールねじ２２を有するモータアクチュエータ２０の駆動によって前後方向に往復移動される。そして、前方に移動することによってプライマリピストン１５を押し込む方向に移動させることができ、ストローク検出装置４で検出されたインプットロッド１１の動きに合わせて位置を制御することで、液圧に依らず面積比で決定される一定の倍力比を得ることができる。また、回生協調時には、回生制御トルクに相当する分だけ後退させて減圧し、回生制動トルクと摩擦制動トルクの和がドライバの制動トルク指令と一致するように制御できる。

運転者によりブレーキペダル８が踏み込まれた場合、インプットロッド１１は前進方向に移動して車室側からエンジンルーム側に向かい、センシングロッド１２を介してプライマリピストン１５がマスタシリンダ３のプライマリ液室２３のブレーキ液を加圧する。セカンダリピストン１６は、プライマリ液室２３とセカンダリ液室２４との液圧を同圧にするように作用するので、入力ピストン１３によりプライマリ液室２３が加圧されると同様にセカンダリ液室２４の液圧も同様に加圧される。ブレーキペダル８の操作量はストローク検出装置４で検出され、操作量に基づく制動力が発生するようにモータアクチュエータ２０が制御される。

図３Ａは、ストローク検出装置の斜視図、図３Ｂは、ストローク検出装置の分解斜視図、図４は、ストローク検出装置の断面図である。

ストローク検出装置４は、ブレーキペダル８のストローク量として、前後方向に往復移動可能な移動部材であるインプットロッド１１の移動位置を検出するものであり、インプットロッド１１に設けられた磁性体３１〜３３の磁束密度を、ケーシング１０のカバー４１に設けられたホールセンサユニット５０で検出する構成を有する。

ホールセンサユニット５０が設けられるカバー４１は、ケーシング１０に取り付けられることによって、ボールねじ２２の軸中心と同軸上に開口するケーシング１０の開口部１０ａを閉塞しかつセンシングロッド１２をその中心軸に沿って往復移動可能に支持する。カバー４１は、円柱状の胴部４２を有しており、ケーシング１０に固定される基端面には、後退時にケーシング１０の開口部１０ａから突出するボールねじ２２の基端部を収容可能な凹部４２ａが設けられている。そして、胴部４２からケーシング１０内に突出する円筒部４３を有している。円筒部４３は、内径穴４３ａにセンシングロッド１２が挿通されており、センシングロッド１２を内径穴４３ａの中心軸線ＣＬ１に沿って往復移動可能に支持する。

一方、胴部４２の先端面には、内径穴４３ａと同軸上に連続して貫通し、内径穴４３ａとの間に段差を介して拡径された大径の開口穴４４が形成されている。開口穴４４は、先端面から穴奥に移行するにしたがって内径が漸次小さくなる丸穴テーパ形状を有している。開口穴４４よりも径方向外側の位置には、ホールセンサユニット５０を着脱可能に取り付けるためのセンサユニット取付部４５が設けられている。センサユニット取付部４５は、胴部４２の外周面に凹設されている。

ホールセンサユニット５０は、磁束密度を検出するホールＩＣチップ（磁束密度検出手段）５１Ａ、５１Ｂと、ホールＩＣチップ５１が取り付けられる基板５２と、基板５２を保持するホルダ５３と、これらを一体にモールド成形するモールド樹脂５４とによって構成されている。ホールセンサユニット５０は、本実施の形態では、２つのホールＩＣチップ（第１ホールＩＣチップと第２ホールＩＣチップ）５１Ａ、５１Ｂを有しており、基板５２の表面と裏面に配置している。

図５は、ストローク検出装置の動作を説明する断面図、図６は、ストローク検出装置の要部を拡大して示す断面図である。

ホールセンサユニット５０は、センサユニット取付部４５に取り付けることにより、カバー４１の円筒部４３の中心軸線ＣＬ１に直交する方向に所定距離だけ離間した位置に配置され、インプットロッド１１の前進移動により、第３磁性体３３から第１磁性体３１に順次対向する位置に配置されている。そして、第１ホールＩＣチップ５１Ａ及び第２ホールＩＣチップ５１Ｂによって、各磁性体３１〜３３の磁束密度を検出し、より詳しくは中心軸線ＣＬ１に平行なＸ方向の磁束密度Ｂｘと、中心軸線ＣＬ１に直交する方向のＺ方向の磁束密度Ｂｚをそれぞれ検出する（図８を参照）。

インプットロッド１１の先端軸部１１ｂは、円筒部４３の内径穴４３ａよりも小径の丸棒形状を有しており、図５（ａ）に示すように、ブレーキペダル８が踏み込まれていない０点位置では、ホールＩＣチップ５１Ａ、５１Ｂよりも後方に配置されてカバー４１の外部に露出し、また、図５（ｂ）に示すように、例えばフルストロークまで踏み込まれた位置では、ホールＩＣチップ５１Ａ、５１Ｂよりも前方に配置されて円筒部４３の内径穴４３ａに挿入される。

インプットロッド１１は、ホールセンサユニット５０に磁性体３１〜３３が対向する位相位置から軸回りに回転しないように、ブレーキペダル８に連結されている。そして、ブレーキペダル８が踏み込まれていない０点位置では、図６（ａ）に示すように、カバー４１の中心軸線ＣＬ１に対してインプットロッド１１の中心軸線ＣＬ２が所定の傾斜角度θ１で傾斜し、前進移動するに応じて傾斜角度θが漸次小さくなる方向に揺動する。そして、図６（ｂ）に示すように、インプットロッド１１の先端軸部１１ｂがカバー４１の円筒部４３の内径穴４３ａに挿入される直前の傾斜角度θ２は０に近くなり、インプットロッド１１の中心軸線ＣＬ２がカバー４１の中心軸線ＣＬ１にほぼ一致した状態で内径穴４３ａに挿入される。

第１磁性体３１、第２磁性体３２、第３磁性体３３は、インプットロッド１１に対して予め設定された位置に配置されてモールド樹脂３６によりモールドされて、インプットロッド１１に一体に固定される。第１磁性体３１〜第３磁性体３３をインプットロッド１１に固定する方法は、樹脂モールドに限定されるものではなく、接着剤で接着するなど、他の固定方法を用いてもよい。

第１磁性体３１と、第２磁性体３２及び第３磁性体３３は、インプットロッド１１の先端軸部１１ｂにその軸方向に沿って所定間隔を空けて一直線状に配置されており、第１磁性体３１がインプットロッド１１の先端軸部１１ｂの基端側に配置され、第２磁性体３２及び第３磁性体３３が先端軸部１１ｂの先端側に配置されている。すなわち、第２磁性体３２及び第３磁性体３３は、ブレーキペダル８の踏み込みにより移動される移動方向前側に配置され、第１磁性体３１は、移動方向後側に配置される。

第２磁性体３２と第３磁性体３３は、図６（ａ）に示すように、第２磁性体３２が第１磁性体３１からインプットロッド１１の先端側（移動方向前側）に離間距離Ｌ１だけ離間した位置に配置され、第３磁性体３３が第２磁性体３２からインプットロッド１１の先端側（移動方向前側）に離間距離Ｌ２だけ離間した位置に配置されている。本実施の形態では、離間距離Ｌ２は、第２磁性体３２の長さｌ１と等しい値に設定されている。

第１磁性体３１〜第３磁性体３３は、インプットロッド１１の軸方向に直交する方向に異方性となるように磁極がＮ極とＳ極に分かれて配置されており、第１磁性体３１と第２磁性体３２は磁極の向きが互いに反対に配置され、第２磁性体３２と第３磁性体３３は磁極の向きが互いに同じに配置されている。本実施の形態では、第１磁性体３１がインプットロッド１１に対向する側をＮ極、インプットロッド１１から離間する側をＳ極とし、第２磁性体３２及び第３磁性体３３がインプットロッド１１に対向する側をＳ極、インプットロッド１１から離間する側をＮ極とした磁極の配置となっている。なお、第１磁性体３１と、第２磁性体３２及び第３磁性体３３との磁極の配置は、逆であってもよく、第１磁性体３１がインプットロッド１１に対向する側をＳ極、インプットロッド１１から離間する側をＮ極とし、第２磁性体３２及び第３磁性体３３がインプットロッド１１に対向する側をＮ極、インプットロッド１１から離間する側をＳ極とした磁極の配置としてもよい。

図７Ａは、第１磁性体〜第３磁性体の構成の一例を説明する図である。
第１磁性体３１〜第３磁性体３３は、第１磁性体３１が第２磁性体３２及び第３磁性体３３よりも大きさが大きく、第２磁性体３２と第３磁性体３３は互いの大きさが等しくなっている。第１磁性体３１〜第３磁性体３３は、同じ材料で構成されており、その大きさの違いから第１磁性体３１の方が第２磁性体３２及び第３磁性体３３よりも磁力が大きく、また、第２磁性体３２と第３磁性体３３の磁力は互いに等しくなっている。なお、第２磁性体３２と第３磁性体３３の大きさは、第１磁性体３１よりも小さいものであればよく、第２磁性体３２と第３磁性体３３の大きさが互いに異なっていてもよい。例えば、第３磁性体３３が最も小さく、次に第２磁性体３２が大きく、第１磁性体３３が最も大きくなるようにしてもよい。

第１磁性体３１〜第３磁性体３３は、図７Ａに示すように、インプットロッド１１の先端軸部１１ｂの外周に沿って湾曲する円弧形状を有しており、図７Ａの平面図（ａ）に示すように、インプットロッド１１の軸方向に同じ長さｌ１を有している。そして、図７Ａの正面図（ｂ）に示すように、第１磁性体３１の方が第２磁性体３２及び第３磁性体３３よりも径方向に大きい寸法形状（ｄ１＞ｄ２）を有している。

第１磁性体３１は、図５（ｂ）に示すように、インプットロッド１１がフルストローク位置に配置された場合に、円筒部４３の内径穴４３ａ内に配置され、内径穴４３ａとの間に所定の隙間を形成する大きさを有している。

第２磁性体３２及び第３磁性体３３は、図６（ａ）に示すように、インプットロッド１１が０点位置に配置されて、カバー４１の中心軸線ＣＬ１に対するインプットロッド１１の中心軸線ＣＬ２の傾斜角度θが最大になる場合に、カバー４１の開口穴４４との間に、所定のクリアランスＣ１を確保することができる大きさを有している。

本実施の形態によれば、揺動しながら前後方向に往復移動するインプットロッド１１の先端側に配置される第２磁性体３２及び第３磁性体３３の大きさを小さくすることによって、第２磁性体３２及び第３磁性体３３がカバー４１の開口穴４４に当接するのを防ぐことができる。そして、第１磁性体３１よりも小さくかつ磁極の向きが互いに同じである第２磁性体３２及び第３磁性体３３を、第１磁性体３１と第２磁性体３２の離間距離Ｌ１よりも狭い離間距離Ｌ２で配置することにより磁力を補い、検出精度の低下を防ぐことができる。

本実施の形態では、磁性体であるボールねじ２２が後退して、その後端部がカバー４１の凹部４２ａに進入し、ホールＩＣチップ５１Ａ、５１Ｂに接近して外乱となるおそれがあるが、第２磁性体３２及び第３磁性体３３を狭い離間距離Ｌ２で配置して磁力を補っているので、ボールねじ２２による影響を排除することができる。

なお、上記した実施例では、第１磁性体３１〜第３磁性体３３は、図７Ａに示すように、Ｎ極とＳ極の境界面が平坦であり、磁束線の方向が境界面に垂直となる構成の場合を例に説明したが、この構成に限定されるものではない。例えば、図７Ｂに示すように、境界面が湾曲しており、磁束線の方向が放射状となる構成（ラジアル異方性磁石）としてもよい。また、第１磁性体３１〜第３磁性体３３の形状は、円弧形状に限定されるものではなく、直方体やリング状であってもよく、リング状の場合には、インプットロッド１１を軸回りに回転可能な構成とすることができ、構造の簡素化及び組み立ての容易化を図ることができる。

図８は、ホールＩＣチップによる磁束密度の検出方法を説明する図、図９は、ホールＩＣチップの内部機能を説明するブロック図である。なお、ホールＩＣチップ５１Ａと５１Ｂは、同様の構成を有するので、図８及び図９ではホールＩＣチップ５１Ａについてのみ説明し、ホールＩＣチップ５１Ｂについては説明を省略する。

例えば、ホールＩＣチップ５１Ａと第２磁性体３２との位置関係が図８に示す状態にある場合、第２磁性体３２の磁力線は、径方向外側のＮ極からインプットロッド１１の軸方向に交差する方向に向かい、ホールＩＣチップ５１Ａのホール素子５１ａによって、カバー４１の中心軸線ＣＬ１に平行なＸ方向の磁束密度Ｂｘと、中心軸線ＣＬ１に直交する方向のＺ方向の磁束密度Ｂｚを検出することができる。

ホールＩＣチップ５１Ａは、図９に示すように、Ｘ方向の磁束密度Ｂｘに応じた出力信号ＶｘとＺ軸方向磁束密度に応じた出力信号Ｖｚをそれぞれ出力するホール素子５１ａと、ホール素子５１ａの各出力信号を増幅するアンプ回路５１ｂと、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路５１ｃと、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を処理する信号処理装置５１ｄと、信号処理装置５１ｄが出力したデジタル値をアナログ値に変換するＤ／Ａ変換回路５１ｅ等を備えている。信号処理装置５１ｄは、例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）により構成されており、オフセット補正回路、振幅補正回路、リニア補正回路等を有している。

信号処理装置５１ｄでは、Ｘ方向の磁束密度Ｂｘに応じた出力信号Ｖｘと、Ｚ方向の磁束密度Ｂｚに応じた出力信号Ｖｚを用いて以下の式（１）により磁束密度のベクトル角αを算出する。

α＝Ａｔａｎ（Ｖｘ／Ｖｚ） ・・・（１）

そして、下記の式（２）により、角度αを所定の電圧に変換して出力する。

Ｖｏｕｔ（α）＝Ｏｆｆｓｅｔ１＋Ｇａｉｎ１×α ・・・（２）

Ｇａｉｎ１は、ストローク量（位置Ｓ１〜Ｓ２）に対するα（ｄｅｇ）を、電圧（Ｖ１〜Ｖ２）に割り振る値であり、Ｏｆｆｓｅｔ１は、出力２．５Ｖがストローク０ｍｍの位置になるようにシフトする値である。

図１０は、インプットロッド１１を０点位置からフルストローク位置まで移動させたときに、ホールＩＣチップ５１Ａにより計測されるＸ方向の磁束密度ＢｘとＺ方向の磁束密度Ｂｚの分布を示す図、図１１は、ホールセンサユニットによって検出したＸ方向磁束密度及びＺ軸方向磁束密度とストローク量との関係を示すグラフ、図１２は、ストローク量とベクトル角との関係を示すグラフである。

ホールセンサユニット５０は、ブレーキペダル８の操作によってインプットロッド１１がカバー４１に対して相対的に移動することにより、図１０に示す軌跡線Ｌに沿って移動する。ホールＩＣチップ５１Ａ、５１Ｂのホール素子５１ａは、図１１に示すように、インプットロッド１１のストローク量の変化に応じたＸ方向の磁束密度ＢｘとＺ方向の磁束密度Ｂｚの変化を検出する。

そして、ホールＩＣチップ５１Ａ、５１Ｂの信号処理装置５１ｄによって、図１２に示すように、ストローク量に応じたベクトル角αを算出する。このベクトル角αは、０点位置からフルストローク位置まで漸次変化し、２値を示さないように調整されている。本実施の形態では、インプットロッド１１の先端軸部１１ｂの基端側に大きな第１磁性体３１を設け、先端軸部１１ｂの先端側に小さな第２磁性体３２と第３磁性体３３を軸方向に並べて互いに同極で且つ第１磁性体３１と磁極の向きが反対となるように配置することにより、許容誤差が狭い（高い検出精度が要求される）ストローク前半は、一定感度を保ち、許容誤差が大きい（高い検出精度が要求されていない）ストローク後半は、傾斜をなだらかにして、低感度とするように調整されている。

図１３は、ストローク検出装置の出力電圧とストローク量との関係の一例を示すグラフ、図１４は、ストローク量と許容誤差との関係を示すグラフである。

ホールＩＣチップ５１Ａ、５１Ｂから出力される出力電圧（Ｖ）は、図１３に示すように、インプットロッド１１のストローク量に対して直線的に増加することが好ましい。また、図１４に示すように、その検出精度は、ストローク前半の方がストローク後半よりも高い精度が要求されている。これは、車両用ブレーキ装置１では、ブレーキペダル８をフルストローク位置付近まで踏み込んだときよりも、ブレーキペダル８の踏み始めの方が精度の高い制御が要求されていることによる。

図１５は、ストローク量と直線性誤差との関係を示すグラフである。
本実施の形態によれば、インプットロッド１１の先端側に小さな第２磁性体３２と第３磁性体３３を離間距離Ｌ２を空けて並べて互いに同極で且つ第１磁性体３１と磁極の向きが反対となるように配置している。したがって、図１５に示すように、ストローク量に対する直線性誤差を低く抑えることができる。例えば、（１）第２磁性体３２及び第３磁性体３３の代わりに、第１磁性体３１と同じ大きさを有する一つの磁性体を設けた構造、（２）第２磁性体３２及び第３磁性体３３の代わりに、第２磁性体３２と第３磁性体３３を配列方向に接続した長さ（ｌ１×２）を有する一つの磁性体を設けた構造、（３）第２磁性体３２及び第３磁性体３３の代わりに、第２磁性体３２の一方端部から第３磁性体３３の他方端部までの長さ（ｌ１×３）と同じ大きさを有する一つの磁性体を設けた構造のそれぞれと比較した場合に、直線性誤差を（１）〜（３）の半分の値に抑えることができる。直線性誤差の低減は、ストローク量が増えるに従い規格が広がるというセンサの要求仕様に合致するものであり、車両用ブレーキ装置１に適用することによって、回生効率の増加による燃費低減、運転者のフィーリング向上、ブレーキペダル位置制御を向上させることができる。

図１６Ａ、図１６Ｂは、出力電圧とストロークとの関係の一例を示すグラフである。
ホールセンサユニット５０は、２つのホールＩＣチップ５１Ａ、５１Ｂを有しており、図１６Ａに示すように、一方のホールＩＣチップ５１Ａがストローク量の増加に応じて出力電圧も増加するのに対して、他方のホールＩＣチップ５１Ｂがストローク量の増加に応じて出力電圧は減少するクロス特性を有している。

かかる構成によれば、２つのホールＩＣチップ５１Ａ、５１Ｂの出力電圧を足して２で割った算出値を監視することにより、自己故障診断をすることができる。例えば、図１６Ａに示すように、ストローク量が０点位置Ｓ１からフルストローク位置Ｓ２に対して一方のホールＩＣチップ５１Ａの出力電圧ＯＵＴ１をＶ１〜Ｖ２とし、他方のホールＩＣチップ５１Ｂの出力電圧ＯＵＴ２をＶ２〜Ｖ１に変化する設定とした場合に、２つのホールＩＣチップ５１Ａ、５１Ｂが正常であれば算出値はＶ１とＶ２の平均値Ｖａｖｅ（＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２）となり、いずれか一方に異常があれば算出値は平均値Ｖａｖｅ以外の値となり、自己故障診断が可能である。

また、図１６Ｂに示すように、２つのホールＩＣチップ５１のうち、一方のホールＩＣチップ５１Ａの出力電圧ＯＵＴ１をストローク量が０点位置Ｓ１からフルストローク位置Ｓ２に対してＶ１〜Ｖ２とし、他方のホールＩＣチップ５１Ｂの出力電圧ＯＵＴ２をストローク量が０点位置Ｓ１から０点位置Ｓ１とフルストローク位置Ｓ２との中間位置（Ｓ１＋Ｓ２）／２）までに対してＶ１〜Ｖ２とする構成としてもよい。かかる構成によれば、一方のホールＩＣチップ５１Ａの感度Ｋ１に対して、他方のホールＩＣチップ５１Ｂの感度Ｋ２を２倍とし、ブレーキペダル８のストローク前半の感度を上げて精度を向上させることができる。なお、ホールＩＣチップの数は、２つに限定されるものではなく、３以上であってもよく、１つであってもよい。例えば自己故障診断を行う必要がない場合には、１つでもよい。

次に、上記構成を有するストローク検出装置４の作用効果について説明する。
インプットロッド１１は、ブレーキペダル８の踏み込み操作により、図５（ａ）に示す０点位置から、図５（ｂ）に示すフルストローク位置まで移動することができる。そして、ブレーキペダル８が踏み込まれていない未操作状態では、インプットロッド１１は、図６（ａ）に示すように、カバー４１の中心軸線ＣＬ１に対する揺動角度θが大きく、インプットロッド１１の先端軸部１１ｂとカバー４１の開口穴４４との間に形成される空間は狭い。そして、ブレーキペダル８の踏み始め側であるストローク前半は、フルストローク側であるストローク後半と比較して高い位置検出精度が要求されている。

第２磁性体３２及び第３磁性体３３は、ブレーキペダル８の踏み始めにおいて開口穴４４内に配置されているが、第１磁性体３１と比較して径方向の大きさが小さいので（ｄ２＜ｄ１）、開口穴４４との間に所定のクリアランスＣ１を確保することができ、カバー４１に干渉するのを防ぐことができる。したがって、干渉を避けるためにカバー４１を大きくする必要がなく、カバー４１の大きさを小さくすることができる。したがって、ストローク検出装置４が用いられる車載用ブレーキ装置１が大型化するのを防ぎ、製品コストを低減させると共に、車両への搭載性を向上させることができる。

また、第２磁性体３２及び第３磁性体３３は、第１磁性体３１と比較して大きさが小さいので、単体では磁力も小さくなるが、本実施の形態では、第２磁性体３２及び第３磁性体３３を磁極の向きが同じになるように２つを所定の離間距離Ｌ２を空けて並べて配置することによって、磁力を補うことができる。したがって、先端軸部１１ｂの先端側に設けられる磁性体の大きさを小さくしてカバー４１との干渉を防ぐと共に、ブレーキペダル８のストローク前半において高精度の位置検出を行うことができる。

そして、ブレーキペダル８が踏み込まれている状態では、インプットロッド１１は、図６（ｂ）に示すように、カバー４１の中心軸線ＣＬ１に対する揺動角度θ２が小さく、インプットロッド１１の先端軸部１１ｂとカバー４１の開口穴４４との間に形成される空間は広くなっている。

第１磁性体３１は、第２磁性体３２及び第３磁性体３３と比較して径方向の大きさが大きいが、開口穴４４との間に所定のクリアランスＣ２を確保することができ、磁力も大きい。そして、ストローク後半は、ストローク前半と比較して位置検出精度の要求が低いので、第２磁性体３２及び第３磁性体３３よりも形状の大きい第１磁性体３１を一つで広い範囲をカバーすることができる。したがって、より長いストロークを検出するロングストローク化を図ることができる。

本実施の形態のストローク検出装置４によれば、揺動しながら前後方向に往復移動するインプットロッド１１に第１磁性体３１〜第３磁性体３３を配置し、先端軸部１１ｂの先端側に配置される第２磁性体３２及び第３磁性体３３の大きさを小さくして、ストローク前半において第２磁性体３２及び第３磁性体３３がカバー４１の開口穴４４に当接するのを防ぐことができる。そして、第１磁性体３１と第２磁性体３２の離間距離Ｌ１と、第２磁性体３２と第３磁性体３３の離間距離Ｌ２とを不均等とし、狭い間隔Ｌ２で小さい第２磁性体３２及び第３磁性体３３を配置することにより磁力を補い、ストローク前半において高い検出精度を得ることができる。したがって、大きなスペースを必要とせず、搭載性を向上させることができ、また、コスト向上を抑えて、比較的長いストロークの検出を可能にし、検出精度を向上させることができる。

図１７は、本実施の形態における他の実施例を示す図であり、ストローク検出装置の断面図である。本実施例では、インプットロッド１１の径方向一方側と他方側にそれぞれ対をなして第１磁性体３１〜第３磁性体３３を配置すると共に、インプットロッド１１を径方向両側から挟み込む位置にホールセンサユニット６０、６１をそれぞれ配置した構成を有している。ホールセンサユニット６０は、ホールＩＣチップ５１Ａを有し、ホールセンサユニット６１は、ホールＩＣチップ５１Ｂを有している。かかる構成によれば、上記した実施例と同様に、２つの出力を得ることができ、ホールＩＣチップ５１の故障診断や、踏み始めの感度を上げて精度を向上させることができる。また、上記した実施例と比較して、インプットロッド１１を軸回りに回転させて、各磁性体３１〜３３が各ホールセンサユニット６０、６１に対向する２つの位相位置のうち、いずれか一方の位相位置を選択して配置することができる。したがって、インプットロッド１１の取り付けの自由度が高くなり、取り付け作業を容易にすることができる。

図１８は、本実施の形態における他の実施例を示す図であり、カバーの斜視図である。
ホールセンサユニット７０は、図１８（ｂ）に示すように、略Ｕ字形状を有しており、互いに対向する一対の対向部７２ａ、７２ｂにそれぞれホールＩＣチップ５１Ａ、５１Ｂを備える構成を有している。そして、カバー４１には、ホールセンサユニット７０を収容するＵ字状の凹溝４６が設けられている。なお、特に図示していないが、インプットロッド１１は、図１７に示すものと同様に、インプットロッド１１の径方向一方側と他方側にそれぞれ対をなして第１磁性体３１〜第３磁性体３３が配置された構成を有している。

カバー４１の凹溝４６は、胴部４２の先端面から開口穴４４の外側に沿って凹設されており、開口穴４４を間に介して径方向一方側と他方側に対向するようにＵ字状を有している。ホールセンサユニット７０は、一対のホールＩＣチップ５１Ａ、５１Ｂと、これら一対のホールＩＣチップ５１Ａ、５１Ｂを互いに対向する対向部７２ａ、７２ｂに有するＵ字状に折り曲げ変形可能なフレキシブル基板７２と、フレキシブル基板７２をＵ字状に折り曲げた形状に保つホルダーカラー７３を有しており、モールド樹脂７４によりモールド成形することにより一体に形成されている。かかる構成によれば、ホールセンサユニット７０が凹溝４６に収容される構造を有しているので、位置決め取り付け作業が容易であり、また、カバー４１から露出していないので、外部から保護することができる。

図１９は、本実施の形態における他の実施例を示す図であり、ストローク検出装置の断面図である。

上記した各実施例では、インプットロッド１１に第１磁性体３１〜第３磁性体３３を設ける場合を例に説明したが、インプットロッド１１の代わりに、センシングロッドに設けてもよい。

センシングロッド１９は、カバー４１の円筒部４３の内径穴４３ａに往復移動可能に支持される先端軸部１９ａと、インプットロッド１１のストローク量が０点位置において、カバー４１の開口穴４４内に配置されてカバー４１から突出する基端軸部１９ｂとを有している。基端軸部１９ｂは、先端軸部１９ａとの間に段差を介して縮径されており、センシングロッド１９の移動によりホールセンサユニット５０に順次対向する位置に第１磁性体３１〜第３磁性体３３が設けられている。各磁性体３１〜３３は、モールド樹脂３６によってセンシングロッド１９に一体に固定されている。

図１９に示す実施例の構成によれば、第１磁性体３１〜第３磁性体３３とカバー４１の開口穴４４との間のクリアランスは一定であるが、第１磁性体３１よりも小さい第２磁性体３２及び第３磁性体３３を磁極の向きが同じになるように２つを所定間隔を空けて並べて配置することによって、磁力を補うことができる。したがって、上記した他の実施例と同様に、ブレーキペダル８のストローク前半において高精度の位置検出を行うことができる。

図２０は、本実施の形態における他の実施例を示す図であり、ストローク検出装置の断面図である。

上記した各実施例では、インプットロッド１１に２つの小さな第２磁性体３２、第３磁性体３３と、一つの大きな第１磁性体３１を設ける場合を例に説明したが、第１磁性体３１の代わりに２つの小さな第１磁性体３１と第４磁性体３４を設けてもよい。

本実施例では、第１磁性体３１から移動方向後側に離間した位置に第４磁性体３４が配置されている。第４磁性体３４は、第１磁性体３１と磁極の向きが同じに配置され、第１磁性体３１との離間距離Ｌ３が第１磁性体３１と第２磁性体３２との離間距離Ｌ２よりも小さい。第１磁性体３１と第２磁性体３２と第３磁性体３３と第４磁性体３４は、互いに同じ大きさを有している。

第１磁性体と第４磁性体の離間距離Ｌ３は、第２磁性体３２と第３磁性体３３との離間距離Ｌ２よりも大きい。したがって、ストローク前半の方がストローク後半よりも検出精度が高くなっている。なお、離間距離Ｌ３は、離間距離Ｌ１よりも小さければよく、離間距離Ｌ２と同じ、もしくは離間距離Ｌ２よりも小さくてもよい。

センシングロッド１９は、ホールＩＣチップ５１Ａ、５１Ｂに第２磁性体３２が対向する位置がストローク量の０点位置（検出開始位置）Ｓ１に設定され、第４磁性体３４が対向する位置がフルストローク位置Ｓ２に設定されている。

図２０に示す実施例の構成によれば、第１磁性体３１〜第４磁性体３４の大きさを小さくすることができ、挟空間に設置することができる。また、第１磁性体３１と第４磁性体３４の磁極の向きが同じになるように所定間隔を空けて並べて配置することによって、磁力を補うことができる。したがって、ブレーキペダル８のストローク後半においても高精度の位置検出を行うことができ、また、より長いストロークを検出するロングストローク化を図ることができる。

本発明は、上記した各実施例の内容に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記した実施例では、インプットロッド１１の先端側に２つの磁性体（第２磁性体３２と第３磁性体３３）を設ける場合を例に説明したが、磁性体の数は複数であればよく、２個に限定されない。また、上記した実施例では、センシングロッド１２に第１磁性体３１〜第４磁性体３４を設ける場合を例に説明したが、インプットロッド１１に第１磁性体３１〜第４磁性体３４を設けてもよい。

本発明は、検出対象となるインプットロッド１１に配置する３つ以上の磁性体の大きさを、移動方向前側の磁性体３２、３３は小さくし、移動方向後側の磁性体３１は大きくして、カバー４１と磁性体３１〜３３が当接しないように各磁性体３１〜３３の配置箇所により各磁性体３１〜３３の大きさを変えることにより、サイズの課題や搭載性といった課題を解決する。このとき、形状の小さい磁性体３２、３３の磁力は、形状の大きい磁性体３１の磁力より小さくなるため、形状の小さい磁性体の配置数を形状の大きい磁性体よりも多くして、形状を小型化した分の磁力を補う。

各磁性体が及ぼす磁界の磁力を考慮して配置数と離間距離を調整することにより、測定精度を均一に保つことができる。また、測定箇所により測定精度が異なる場合は、配置数と離間距離を不均等にすることができるため、各磁性体の離間距離を長くして、検出できるストロークを長くすることができる。これらにより、特殊な磁性体を使用せずにサイズの課題や比較的長いストロークの検出精度といった課題を解決することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 車載用ブレーキ装置
４ ストローク検出装置
１１ インプットロッド（移動部材）
１１ｂ 先端軸部
１２、１９ センシングロッド（移動部材）
３１ 第１磁性体
３２ 第２磁性体
３３ 第３磁性体
３４ 第４磁性体
３６ モールド樹脂
４１ カバー
４４ 開口穴
５０、６０、６１、７０ ホールセンサユニット
５１Ａ、５１Ｂ ホールＩＣチップ
５１ａ ホール素子
５１ｄ 信号処理装置（信号処理手段）

Claims (14)

1. 往復移動する移動部材の位置を検出するストローク検出装置であって、
   前記移動部材に設けられる第１磁性体と
   前記移動部材に設けられて前記第１磁性体から前記移動部材の移動方向一方側に離間した位置に配置される第２磁性体と、
   前記移動部材に設けられて前記第２磁性体から前記移動部材の移動方向一方側に離間した位置に配置される第３磁性体と、
   前記移動部材の移動方向一方側への移動により前記第１磁性体から前記第３磁性体に順次対向する位置に配置されて各磁性体の磁束密度を検出する磁束密度検出手段と、を有し、
   前記第１磁性体と前記第２磁性体と前記第３磁性体は、それぞれ前記移動方向に直交する方向に磁極が分かれて配置され、前記第１磁性体と前記第２磁性体は磁極の向きが互いに反対に配置され、前記第２磁性体と前記第３磁性体は磁極の向きが互いに同じに配置され、前記第２磁性体と前記第３磁性体との離間距離が前記第１磁性体と前記第２磁性体との離間距離よりも小さいことを特徴とするストローク検出装置。
2. 前記第２磁性体及び前記第３磁性体は、前記第１磁性体よりも大きさが小さいことを特徴とする請求項１に記載のストローク検出装置。
3. 開口穴が設けられたカバーを有し、
   前記移動部材は、車両の操作ペダルに基端が連結されて該操作ペダルの踏み込みにより先端を中心とした揺動を伴って前後方向に往復移動し、前記カバーの開口穴に挿入されるインプットロッドを有し、
   前記第２磁性体及び前記第３磁性体は、前記第１磁性体よりも前記インプットロッドの移動方向前側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のストローク検出装置。
4. 前記カバーの開口穴は、丸穴テーパ形状を有し、
   前記インプットロッドは、移動方向に沿って延在する丸棒形状を有し、
   前記第１磁性体と前記第２磁性体と前記第３磁性体は、前記インプットロッドの外周面に沿って湾曲した円弧形状を有することを特徴とする請求項３に記載のストローク検出装置。
5. 前記磁束密度検出手段は、前記カバーに着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載のストローク検出装置。
6. 前記磁束密度検出手段は、前記インプットロッドの移動方向に沿ったＸ方向の磁束密度と、前記インプットロッドの移動方向に直交するＺ方向の磁束密度を検出するホール素子と、該ホール素子により検出した前記Ｘ方向の磁束密度とＺ方向の磁束密度に基づいて前記インプットロッドの移動位置を算出する信号処理手段とを有することを特徴とする請求項５に記載のストローク検出装置。
7. 前記磁束密度検出手段は複数設けられており、前記各磁束密度検出手段の検出結果を用いて自己故障診断を行うことを特徴とする請求項６に記載のストローク検出装置。
8. 前記磁束密度検出手段は、前記カバーの開口穴を間に介して該開口穴の径方向一方側と他方側に対向する位置に対をなして設けられており、
   前記第１磁性体と前記第２磁性体と前記第３磁性体は、前記インプットロッドの中心軸線を間に介して径方向一方側と他方側に対向する位置にそれぞれ対をなして設けられていることを特徴とする請求項７に記載のストローク検出装置。
9. 前記第１磁性体と前記第２磁性体と前記第３磁性体は、モールド樹脂によって前記インプットロッドに一体に固定されていることを特徴とする請求項２に記載のストローク検出装置。
10. 前記移動部材は、車両の操作ペダルに連動して前後方向に往復移動されるセンシングロッドを有し、
    前記第２磁性体及び前記第３磁性体は、前記第１磁性体よりも前記センシングロッドの移動方向前側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のストローク検出装置。
11. 前記移動部材に設けられて前記第１磁性体から前記移動部材の移動方向他方側に離間した位置に配置される第４磁性体を有し、
    前記第１磁性体と前記第４磁性体は磁極の向きが互いに同じに配置され、前記第１磁性体と前記第４磁性体との離間距離が前記第１磁性体と前記第２磁性体との離間距離よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のストローク検出装置。
12. 前記第１磁性体と前記第２磁性体と前記第３磁性体と前記第４磁性体は、互いに大きさが同じであることを特徴とする請求項１１に記載のストローク検出装置。
13. 前記第１磁性体と前記第４磁性体との離間距離が前記第２磁性体と前記第３磁性体との離間距離よりも大きいことを特徴とする請求項１１または１２に記載のストローク検出装置。
14. 前記移動部材は、車両の操作ペダルに連動して前後方向に往復移動されるセンシングロッドを有し、
    前記第２磁性体及び前記第３磁性体は、前記第１磁性体及び第４磁性体よりも前記センシングロッドの移動方向前側に配置されていることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか一項に記載のストローク検出装置。

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